Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Life Sciences> Zell- und Mikrobiologie>

Lungenkrebs: auch geringer Tabakkonsum erhöht Krebsrisiko

LungenkrebsAuch geringer Tabakkonsum erhöht Risiko

Schon eine niedrige Dosis des im Tabakrauch enthaltenen Karzinogens Benzpyren schädigt die DNA. Wie Wissenschaftler des Instituts für Toxikologie an der Universitätsmedizin Mainz nun erstmalig nachgewiesen haben, können sich die geschädigten Zellen jedoch an diesen Schaden anpassen.

Eine durch Benzpyren geschädigte Zelle

Allerdings geht diese Anpassung mit einem erhöhten Mutationsrisiko der Zellen einher. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Krebserkrankung entwickelt. Für Raucher bedeutet diese Erkenntnis, dass sie selbst bei geringem Zigarettenkonsum ihr Risiko erhöhen, an Krebs zu erkranken. Die Forschungsergebnisse der Mainzer Wissenschaftler wurden jüngst in der namhaften Fachzeitschrift „Nucleic Acids Research“ veröffentlicht.

Damit körpereigene Prozesse ungestört funktionieren können und ein Individuum überleben kann, ist es wichtig, dass dessen Erbgut und somit die Erbinformationen unversehrt erhalten bleiben. Das Erbgut, die DNA, kann jedoch durch krebserregende Umweltgifte, sogenannte Karzinogene, schwerwiegende Schäden erleiden. Um diesen entgegenzuwirken, hat die Zelle spezielle DNA-Reparaturmechanismen entwickelt.

Anzeige

Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass das Benzpyren, ein krebserregender Stoff, der auch im Tabakrauch enthalten ist, die DNA schädigt. Wie reagieren Zellen auf diese DNA-Schäden? Können sie die Schäden reparieren und die Reparatur bei Bedarf verstärken? Und welche Auswirkungen hat dies auf das Überleben der Zelle?

Das waren Fragen, die Wissenschaftler des Instituts für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz in der Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Markus Christmann untersucht haben. Im Rahmen ihrer Studie „Adaptive upregulation of DNA repair genes following benzo(a)pyrene diol epoxide protects against cell death at the expense of mutations” richteten die Forscher ihr Augenmerk vor allem auf die adaptive Aktivierung bestimmter DNA-Reparaturprozesse.

Wenn eine Zelle viele DNA-Schäden erleidet, beispielsweise weil sie einer hohen Konzentration eines Karzinogens ausgesetzt ist, dann ist es ihr möglich, quasi Selbstmord zu begehen, indem sie den programmierten Zelltod einleitet. Dadurch kann sich die stark geschädigte Zelle nicht mehr vermehren und vor allem keinen weiteren Schaden anrichten, wie beispielsweise einen Tumor auszubilden.

Was passiert in der Zelle, wenn sie hingegen nur mit geringen Mengen an toxischen Substanzen wie Benzpyren in Kontakt kommt? Dann wird die DNA-Reparatur aktiviert. Wie von Christmann und seiner Arbeitsgruppe richtig vermutet, konnten sie als Reaktion auf eine niedrige Menge der toxischen Substanz Benzpyren eine Aktivierung der sogenannten Nukleotid-Exzisionsreparatur beobachten.

Bei dieser werden DNA-Bausteine um den Schaden herum sowie der Schaden selbst entfernt. Durch Ablesen der Erbinformation auf dem intakten DNA-Strang wird der geschädigte DNA-Bereich neu synthetisiert. Die Zelle kann so weiterleben, ihre DNA duplizieren und sich wieder teilen. Im Rahmen der Studie zeigte sich, dass die Zellen aufgrund der verstärkten, durch den Schadstoff Benzpyren induzierten DNA-Reparatur besser vor der toxischen Wirkung dieses Karzinogens geschützt sind.

Nicht Teil der Forschungshypothese war jedoch ein weiterer, in der Zelle beobachteter Prozess: Auch die Transläsionssynthese setzte verstärkt ein. Bei diesem fälschlicherweise mitunter auch als DNA-Reparatur bezeichneten Vorgang versucht die Zelle, mit nicht entfernten DNA- Schäden zurechtzukommen, indem Enzyme während der DNA-Replikation über diese DNA-Schäden hinweg lesen. Auf diese Weise werden in der DNA verbliebene Schäden toleriert.

Dies ist eine besondere Situation für die Zelle, die für sie allerdings vorteilhaft ist: Der Mechanismus fördert das Überleben der Zelle, denn es gibt keine Brüche in der DNA und die Zelle kann sich weiter vermehren. Dieser Vorgang der Schadenstoleranz ist jedoch häufig mit Fehlern behaftet. Und tatsächlich konnte das Team um Prof. Christmann nachweisen, dass Zellen, die die Behandlung mit Benzpyren überleben, vermehrt Mutationen aufweisen. Da Krebs auf Mutationen des Erbguts beruht, steigt damit zwangsläufig das Tumorrisiko.

Interessant ist, dass bei der Verstärkung der DNA-Reparatur ein als Tumorsuppressor bekanntes Protein, nämlich p53, involviert ist. Dieses Protein entscheidet bei der DNA-Schädigung häufig zwischen Leben und Tod der Zelle. Benzpyren regt p53 an, die DNA-Reparatur zu stimulieren und ebenso die Transläsionssynthese der geschädigten DNA zu verstärken. Mit diesen Erkenntnissen ist es den Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Mainz gelungen, die Regulation der adaptiven DNA-Reparatur in Zellen, die mit einem Karzinogen wie Benzpyren in Kontakt kamen, erstmalig aufzuklären.

Die Aktivierung dieser DNA-Reparaturprozesse beobachteten die Wissenschaftler nicht nur in menschlichen Zellkulturen, sondern auch in Zellen der Mundschleimhaut von Rauchern. Das bedeutet, dass die Zellen ihrer Mundschleimhaut und wahrscheinlich auch die ihres Lungengewebes der toxischen Schädigung durch Karzinogene adaptiv entgegenwirken und sich folglich anpassen können. Doch der Preis hierfür ist hoch: Die Wahrscheinlichkeit steigt, dass sich in ihrem Körper ein Tumor entwickelt.

Weitere Informationen:
Christmann et al., Adaptive upregulation of DNA repair genes following benzo(a)pyrene diol epoxide protects against cell death at the expense of mutations, Nucleic Acids Research, 44 (22), 10727-10743; DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkw873

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Markus Christmann
Institut für Toxikologie der Universitätsmedizin
E-Mail: mchristm@uni-mainz.de

Univ.-Prof. Dr. Bernd Kaina
Leiter des Instituts für Toxikologie der Universitätsmedizin
E-Mail: kaina@uni-mainz.de

Anzeige

Weitere Beiträge zum Thema

Komplexe Markierung für die DNA-Reparatur: Die 3D-Darstellung zeigt die Anheftung der ADP-Ribosylierung an die Aminosäure Serin im Protein (türkis). (© MPI f. Biologie des Alterns)

DNA-ReparaturEin neuer Buchstabe im Zellalphabet

Das Erbgut in unseren Zellen muss ständig repariert werden, um die Entstehung von Krankheiten, wie zum Beispiel Krebs, zu verhindern. Dafür schickt die Zelle „Reparatur-Proteine“ zu den geschädigten Bereichen der DNA.

…mehr
DNA-Schäden werden mikroskopisch analysiert

DNA-SchädenWie Brüche im Erbgut repariert werden

Ihre Ergebnisse sind bedeutsam für Verfahren der Gentherapie und für das Verständnis der Entartung von Zellen: Ein Forscherteam der TU Darmstadt hat herausgefunden, dass die Prozesse zur Reparatur von DNA-Schäden deutlich komplexer ablaufen als bisher angenommen wurde.

…mehr
Das Forscherteam benutzte für seine Studie einen zellulären Ansatz, in welchem die Zellkerne (blau) von Tumorzellen mittels Immunofluoreszenz-Mikroskopie in ihren jeweiligen Zellzyklusphasen erkennbar sind. Replikative Zellen (rot) lassen sich hier von post-replikativen Zellen unterscheiden. In den Zellkernen wurde zusätzlich ein Protein (grün) angefärbt, das unreparierte DNA-Doppelstrangbrüche markiert. (Bild: Julian Spies / TU Darmstadt)

TumortherapieKleines Enzym mit großem Potenzial

Ein Forscherteam vom Fachbereich Biologie der TU Darmstadt hat ein Enzym identifiziert, das die DNA-Replikation von deren Reparatur trennt.

…mehr
Lungenkrebsdiagnostik

Neuer Test zur Früherkennung von LungenkrebsKrebsdiagnose mit Atemluft

„Tief einatmen – und wieder ausatmen“ – so könnte ein Test auf Lungenkrebs in Zukunft aussehen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Herz- und Lungenforschung haben ein Verfahren entwickelt, das die Erkrankung bereits im frühen Stadium erkennen kann.

…mehr
Frederik Großerüschkamp (links) und Klaus Gerwert haben eine Vision umgesetzt, die sie mit ihrem Proteinforschungskonsortium vor Jahren erdachten. (© RUB, Marquard)

KrebsdiagnostikNeues Verfahren zur Identifikation von Biomarkern

Biophysiker der Ruhr-Universität Bochum haben ein Verfahren etabliert, mit dem sie Biomarker zur Diagnose verschiedener Krebsarten identifizieren können. 

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung